以面向?qū)ο笏季S為主線的教學設(shè)計研究

摘 ?要： 面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計課程理論性比較強，內(nèi)容設(shè)計上也比較繁雜，容易在教學中失去重點，針對教學中培養(yǎng)面向?qū)ο笏季S難點進行分析，闡明引導學生理解面向?qū)ο笤O(shè)計的目的和用途的重要性，并使用層層遞進方法解決為何學的問題;圍繞面向?qū)ο笤O(shè)計的目的，闡述面向?qū)ο蟮幕咎卣髋c設(shè)計原則和模式的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進一步明確面向?qū)ο笤O(shè)計的本質(zhì)。

關(guān)鍵詞： 面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計課程;面向?qū)ο笏季S;面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計

中圖分類號： TP311 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.017

本文著錄格式：郭惠芳. 以面向?qū)ο笏季S為主線的教學設(shè)計研究[J]. 軟件，2019，40（5）：9092

【Abstract】： The course of object-oriented analysis and design is relatively theoretical and complex in content design， which is easy to lose its focus in teaching. This paper analyses the difficulties in training object-oriented thinking in teaching， clarifies the importance of guiding students to understand the purpose and purpose of object-oriented design， and uses the progressive method to solve the problem of why to learn; expounds the purpose of object-oriented design around the purpose of object-oriented design. This paper describes the basic characteristics of object-oriented design and the inherent relationship between design principles and patterns， and further clarifies the essence of object-oriented design.

【Key words】： Object-oriented analysis and design curriculum; Object-oriented thinking; Object-oriented analysis and design

0 ?引言

有些概念是屬于人人都知道，甚至人人都在用，卻并不深知，面向?qū)ο缶褪瞧渲兄弧Ｓ胁簧賹W生畢業(yè)幾年后，與我反映，用了多年的面向?qū)ο笳Z言，卻并未真正進行過面向?qū)ο蟮脑O(shè)計。自己也是在工作多年后，在不斷的摸索中慢慢對面向?qū)ο笏枷胗兴J識。

1 ?面向?qū)ο笳Z言的普及

“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”課程是計科和軟件專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，這類課程著重于講解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言的語法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法，學生之前也掌握了Java語言/C++語言，但在實踐項目中卻很難有效使用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法[1]。

學習了“面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計”課程后，這種情況有所改善，大部分學生明白了使用一門面向?qū)ο笳Z言進行程序設(shè)計與面向?qū)ο蟮脑O(shè)計是兩碼事，面向?qū)ο笏且环N思維方式，也是一項程序設(shè)計技術(shù)。它的基本思路是利用對象各司其職、相互協(xié)作完成每項工作，設(shè)計中有一系列原則和方法來保證系統(tǒng)各部分的低耦合、高內(nèi)聚性，以得到一個維護成本低、靈活性和可擴展性好的系統(tǒng)。但就多數(shù)年輕的軟件從業(yè)者的反映看，真正的面向?qū)ο蟮脑O(shè)計還遠未達到[2]。

2 ?解決為什么要學的問題

2.1 ?直觀的引入

在面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計課程中常說的一句話就是，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想是最接近人的思維，符合人類對現(xiàn)實世界的認知，這個世界是由人組成的，每個人又各司其職，需要別人協(xié)助時，可以借用另一個人或團體來完成。那么每個人就是一個對象，每一種角色就是一個類。各自獨立又相互協(xié)作完成一個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。這個道理是挺好理解的，但這個道理好像還不足以說服學生從編寫面向過程的思路改變?yōu)槊嫦驅(qū)ο?。[3-4]

那么在軟件設(shè)計時如何才能盡力減少這種軟件維護的成本呢？抽象是一種行之有效的方法，是人類掌握復雜事物，設(shè)計復雜事物的基本方法。如何講讓“抽象”的概念不那么抽象呢？

2.2 ?抽象的層次

1）面向過程中的算法抽象

抽象這個概念離我們并不遙遠，大家熟知的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其實也是一種抽象，它是一種比算法抽象更底層的抽象。比如一個數(shù)組，一個二叉樹，它們都是代表一種數(shù)據(jù)集合的抽象，解決特定問題時它們使用起來更為方便而已。[5-7]

2）面向?qū)ο蟮某橄?/p>

由于學生此時一般已學習過Java或C++語言，可以直接用代碼來實現(xiàn)上述的對象，并在主程序中使用這些對象，使學生直觀理解，在更大范圍內(nèi)進行抽象的好處。將事物的數(shù)據(jù)及行為進行封裝，并對相似的事物的行為進行抽象，這樣使用一個復雜系統(tǒng)會更加簡便。

2.3 ?軟件的靈活性

從許多事例中我們得到一個結(jié)論，一個軟件系統(tǒng)只要它在使用，就會有需求變化，因為這個世界在不斷變化之中，需求變更是不可避免的，識別并定義那些系統(tǒng)中相對穩(wěn)對的部分，并在構(gòu)建軟件系統(tǒng)時將這部分抽象出來。在面向?qū)ο蟮脑O(shè)計中給出了多種分離抽象與具體實現(xiàn)的手段，讓系統(tǒng)的其它部分建立在相對穩(wěn)定的抽象（接口）之上，而具體實現(xiàn)可以在以后被新的需求所替代[8-9]。

3 ?面向?qū)ο笏季S的具體體現(xiàn)

3.1 ?理解面向?qū)ο蟮幕咎卣?/p>

面向?qū)ο蟮幕咎卣饕话阏f法是三個：封裝、繼承和多態(tài)，還有說法是四個：封裝、繼承、抽象和多態(tài)。

1）封裝，這個特征是所有面向?qū)ο笙到y(tǒng)中都會使用到的，但封裝得合適與否，就大不相同了。封裝的作用我們前面提到一個就是方便共享，將數(shù)據(jù)與其行為進行封裝，使用時比使用一堆函數(shù)要方便;但封裝得合適與否的標準卻并不是一句話能講清楚的，我們只能說合適的封裝是需要一個過程的，伴隨著系統(tǒng)分析與設(shè)計過程，需要經(jīng)過反復的重構(gòu)，最終才能得到一個合適封裝的系統(tǒng)。

2）繼承，這個特征是面向?qū)ο笾写a重用的重要手段之一，通過繼承父類的非私有成員，子類獲得了在父類中已定義好的大部分功能，初學者比較喜歡用這個特征，但這個特征最容易被過度使用，隨著我們后面學習面向?qū)ο笤O(shè)計原則中舉的一些例子，會讓學生理解有些繼承不如組合這種特征靈活。

3）多態(tài)，這個特征一直是一些學生的難點，多態(tài)是指父對象中的同一個行為能在其多個子對象中有不同的表現(xiàn)。這是為什么呢？為啥需要有這個多種表現(xiàn)呢？這些問題都是影響學生理解這一概念的難點所在。

3.2 ?面向?qū)ο笤O(shè)計原則與模式

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計原則講五個足夠了，它的核心就是開閉原則，而里氏替換、依賴倒置等原則都是為開閉原則提供具體的手段。使用案例講清楚每個原則的含義，讓學生理解它的用途，真正運用這些原則需要一個循序漸進的過程，在后面的設(shè)計模式中可以再舉些例子加強對原則的理解，因為面向?qū)ο蟮脑O(shè)計模式無一不是對原則的不同詮釋。

4 ?實際系統(tǒng)設(shè)計中貫徹面向?qū)ο笏季S

在面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計課程中，我們是這么安排：

單元一 面向?qū)ο蟮幕靖拍?。在此單元中解決為什么要學面向?qū)ο?，面向?qū)ο笤O(shè)計的目的是什么。有了目標，有了基本的面向?qū)ο蟮乃季S，在實際系統(tǒng)設(shè)計中如何使用就不會沒有方向。

單元二 統(tǒng)一建模語言概述。此單元概要地介紹UML這種建模語言的概貌，以及發(fā)展歷程。為下面系統(tǒng)的分析與設(shè)計做準備。

單元三 面向?qū)ο蟮姆治?。此單元著重介紹在需求分析階段，如何適當使用UML中的用例模型、分析類圖及輔助模型進行需求分析及表示。

單元四 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計。此單元著重介紹在系統(tǒng)設(shè)計過程中如何由分析類圖細化至設(shè)計類圖，以及各類職責及類間的協(xié)作進一步劃分和確定。

單元五 面向?qū)ο笤O(shè)計模式簡介。此單元著重介紹幾個常用的設(shè)計模式，用實例說明其適用場合及作用方式。

在這個部分我們引導學生理解模型是為系統(tǒng)的分析與設(shè)計服務(wù)的，它是面向?qū)ο笏枷氲囊环N體現(xiàn)，一種表達而已。面向?qū)ο蟮脑O(shè)計圍繞需求，運用面向?qū)ο蟮乃枷脒M行設(shè)計、用適當?shù)哪Ｐ捅磉_出來就可以，并不是模型設(shè)計的越復雜越好或UML模型越漂亮越好[10]。

5 ?結(jié)語

面向?qū)ο蟾嗟氖且环N思維模式，它是軟件工程專業(yè)人員必備的素養(yǎng)，也是計算機相關(guān)專業(yè)應(yīng)該有的訓練內(nèi)容。我認為讓學生學會使用工具進行面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計固然重要，但更重要的

是面向?qū)ο笤O(shè)計本身，面向?qū)ο笤O(shè)計的初心以及如何達成這樣的目的。在當前新工科專業(yè)人才培養(yǎng)思路的引領(lǐng)下，想要培養(yǎng)復合型人才，推動原始創(chuàng)新發(fā)展，打牢理論基礎(chǔ)是根本，使學生從只會使用工具，轉(zhuǎn)換到有意識地掌握軟件工程思想方法以及思維模式。

參考文獻

[1] 譚火彬， 林廣艷. 培養(yǎng)軟件工程思想的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程改革與實踐[J]. 《計算機教育》2018（8）： 53-58.

[2] 高歌在羊城. 循序漸進地培養(yǎng)面向?qū)ο蟮乃季S方式[EB/OL]. https：//www.cnblogs.com/georgeguo/p/3904256.html.

[3] 高賢君， 楊元維， 李功權(quán). 面向計算思維的Web程序設(shè)計教學思考[J]. 電腦知識與技術(shù)， 2018， 14（21）： 141-143.

[4] 王麗影， 石秋香， 王順才. 應(yīng)用型大學背景下《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（C#）》課程教學設(shè)計探究[J]. 辦公自動化， 2019， 24（04）： 33-34+47.

[5] 闞運奇. “面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計”教學方法研究[J]. 無線互聯(lián)科技， 2018， 15（23）： 151-152.

[6] 孟瑤. 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程微課設(shè)計研究[J]. 信息與電腦（理論版）， 2018（22）： 230-232+235.

[7] 錢誠， 徐煜明. 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程案例法教學探討[J]. 電子世界， 2018（22）： 100.

[8] 孫勇， 徐建輝. 定位于實踐的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程教學探索[J]. 教育現(xiàn)代化， 2018， 5（40）： 271-274.

[9] 譚火彬， 林廣艷. 培養(yǎng)軟件工程思想的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程改革與實踐[J]. 計算機教育， 2018（08）： 53-58.

[10] wengxuan_kanon. 真的理解面向?qū)ο笏季S[EB/OL]. https： //blog.csdn.net/kanonlemon/article/details/70052522.